ACETILCHOLINESTERAZĖ: STRUKTŪRA, FUNKCIJOS IR INHIBITORIAI - BIOLOGIJA - 2025

Acetilcholinesterazės (acetilcholinas acetil hidrolazės, EB 3.1.1.7) yra fermentas, rasta daugiausia į centrinę nervų sistemą. Jos užduotis, kaip rodo pavadinimas, yra hidrolizinis neuromediatoriaus acetilcholino perdirbimas.

Tai fermentas, susijęs su ląstelių membrana, veikiantis kartu su acetilcholino receptoriumi, kad tarpininkautų postinapsinių ląstelių sužadinimui, ir kurio katalizinis mechanizmas stebėtinai greitas.

Acetilcholinesterazės struktūra (Šaltinis: Wikimedia Commons)

Mechaniniu požiūriu šį fermentą galima laikyti serino hidrolaze, o jo aktyviosios vietos kataliziniame domene yra serino proteazėms būdingų aminorūgščių triada: serinas, histidinas ir rūgštinė liekana. Tačiau rūgštinė liekana yra glutamatas, o serino proteazės paprastai turi aspartatą.

Acetilcholino struktūra (Šaltinis: „Alinebloom“ per „Wikimedia Commons“)

Dale'as vieną iš pirmųjų stebėjimų, susiejusį acetilcholinesterazės katalitinį aktyvumą su cholinerginiais nervų ir raumenų audiniais, padarė Dale 1914 m. vėliau buvo nustatyta, kad jo yra ir necholinerginiuose neuronuose bei hematopoetinėse, osteogeninėse ir neoplastinėse ląstelėse.

Įvairių organizmų tyrimų dėka šiuo metu žinoma, kad fermento yra įvairių tipų ląstelių, tokių kaip eritrocitai, nervų ir raumenų ląstelės, elektros organai ir kiti, membranose.

Struktūra

Tretinė ir ketvirtinė struktūra

Natūraliomis arba "in vivo" sąlygomis acetilcholinesterazė yra polimorfinis fermentas, sudarytas iš kelių katalizinių subvienetų, didesnių ar mažesnių kaip 80 kDa, kurie susiformuoja sudarydami oligomerinę struktūrą (iš kelių subvienetų).

Šių subvienetų kiekis ir sudėtingumas priklauso nuo ląstelių tipo ir nagrinėjamų rūšių.

Kai kurios sudėtingesnės fermentų formos turi katalizinius subvienetus su rutulinėmis (G) arba asimetrinėmis (A) formomis, sujungtomis disulfidiniais tiltais. Disulfido tiltai yra kovalentiniai ryšiai, susiformavę tarp dviejų amino rūgšties cisteino liekanų tiolio grupių (-SH) sieros molekulių.

Kiekvienas G subvienetas turi vieną aktyvią vietą, tuo tarpu A subvienetai paprastai pasižymi trimis struktūriniais domenais, būtent: katalitiniais subvienetais, kolageno pavidalo uodegomis, turinčiomis daug glicino, hidroksiprolino ir hidroksilizino liekanų, ir kitomis ne kolageno klijai (skiriasi nuo kolageno).

Asimetrinės acetilcholinesterazės formos yra žinomos kaip A12, A8 ir A4, turinčios atitinkamai 12, 8 ir 4 katalizinius subvienetus.

Paprastai katalitinio domeno liekanos aktyviojoje vietoje yra „giliame“ subvienetų regione, kuris gali būti vertinamas kaip prieštaringas greito reakcijos greičio, kuris katalizuoja šį fermentą, ir akivaizdaus substrato neprieinamumo šioms vietoms atžvilgiu. .

Nepaisant fermento polimorfizmo, tiek kamuoliniai, tiek asimetriniai subvienetai turi panašų katalizinį aktyvumą.

Variantai

Tam tikros ląstelės, išskyrus nervų ląsteles, pavyzdžiui, eritrocitai, gamina acetilcholinesterazės fermentus, kurie daugiausia yra apvalūs, dimeriniai ir daugiausia susiję su plazminės membranos išoriniu paviršiumi.

Eritrocitų fermentas, nors ir mažiau struktūrinio sudėtingumo, taip pat yra amfipatinis fermentas, kurio aktyvusis katalizinis domenas yra dideliame hidrofiliniame regione, o hidrofobinis domenas, kuriame yra karboksilo galinė sritis, yra atsakingas už jo palaikymą membranoje. .

Pirminė struktūra

Didžioji dalis dabartinių žinių apie acetilcholinesterazės seką atsirado tyrus fermentą „Torpedo californica“ - eršketinę žuvį, gyvenančią Ramiajame vandenyne ir kuri tradiciškai buvo naudojama kaip pavyzdinis organizmas, tiriant įvairius nervų sistemos baltymus.

Acetilcholinesterazės subvienetai yra sintetinami kaip baltymai, kurie vėliau yra perdirbami, kad susidarytų subrendę subvienetai. Kiekvieną subvienetą sudaro maždaug 575 aminorūgščių ir 65 kDa molekulinio svorio polipeptidas, kuris padidinamas pridedant 7-8% angliavandenių liekanų (glikozilinimas).

Patalpų aktyviosios vietos katalizinis aktyvumas nustatomas serino liekana 200 padėtyje, kuri randama katalizinių subvienetų „giluminėje“ srityje.

Skirtingi fermento variantai arba izoformos organizmuose egzistuoja dėl skirtingų „pre-messenger RNR“ abiejų jų galų (5 ’ir 3’) „alternatyvaus sujungimo“ vietų. Kiekvieno subvieneto izoformos karboksilterminalinė seka lemia oligomerų jungimąsi tarpusavyje.

funkcijos

Acetilcholinesterazė yra fermentas, turintis daugybę biologinių funkcijų, nebūtinai susijusių vienas su kitu. Faktą patvirtina jo skirtinga išraiška embriogenezės metu, embriono nervų išplėtimas, raumenų vystymasis ir sinatogenezė.

Kaip pabrėžta aukščiau, jis vaidina svarbų vaidmenį greitai atliekant acetilcholino hidrolizę ir todėl reguliuojant jo poveikį neuromuskulinėje sinapsinėje erdvėje arba cholinerginėse sinapsinėse centrinės nervų sistemos erdvėse.

Jos funkcijų pavyzdys yra skeleto raumenų susitraukimas, atsirandantis dėl tam tikros cheminės sinapsės, vadinamos motorine plokštele, esančios tarp motorinio neurono ir raumens pluošto.

Šioje sinapsėje gaunama šimtai acetilcholinu pripildytų pūslelių, kurios išsiskiria iš motorinio neurono elektrinio impulso sklidimui.

Šis neurotransmisijos procesas yra gana sudėtingas, tačiau acetilcholinesterazės dalyvavimas yra labai svarbus norint nutraukti sinapsinį perdavimą, kuris priklauso nuo neurotransmiterio acetilcholino, nes jis turi būti suiręs ir paskui difuziškai pasklidęs už sinapsinio plyšio, kad būtų kulminacija. membranos sužadinimas.

Taigi fermentas acetilcholinesterazė yra atsakingas už šio siųstuvo koncentracijos reguliavimą neuromotorinėje sinapsėje.

Kitos „neklasikinės“ fermento funkcijos yra susijusios su nervų ląstelių neuritogeneze ar augimu; kartu su ląstelių adhezijos, sinapogenezės, neuronų-dopamino aktyvavimo vidurinės smegenų pagrindinėje dalyje, hematopoetinių procesų ir poetinio trombo, be kita ko, procesais.

Inhibitoriai

Acetilcholinesterazės inhibitoriai veikia neleidžiant jai hidrolizuoti acetilcholino, taip padidindami šio neurotransmiterio veikimo lygį ir trukmę. Pagal veikimo mechanizmą jie gali būti klasifikuojami kaip grįžtami ir negrįžtami.

Negrįžtami inhibitoriai

Jie yra tie, kurie negrįžtamai slopina acetilcholinesterazės hidrolizinį aktyvumą, kovalentiškai jungdamiesi su serino liekana aktyviojoje fermento vietoje. Šią grupę daugiausia sudaro organiniai fosfatai.

Apskritai tai yra aktyvūs junginiai, randami daugelyje insekticidų ir sukeliantys daugybę atsitiktinių mirčių dėl apsinuodijimo. Jie yra esteriai arba tioliai, gauti iš fosforo, fosfoninės, fosfininės arba fosforamidinės rūgšties.

Sarinas, tabunas, somanas ir ciklosarinas yra vieni toksiškiausių žmogaus sintezuojamų junginių, nes jie gali nužudyti žmogų, sukeldami kvėpavimo ir kraujotakos nepakankamumą, blokuodami acetilcholinesterazę periferinėje nervų sistemoje.

Organinio fosfato inhibitoriaus «Sarin» molekulinė struktūra (šaltinis: Sivizius per Wikimedia Commons)

Pavyzdžiui, Sarinas yra „nervų dujos“, kurios buvo naudojamos kaip cheminis ginklas teroristams.

Grįžtamieji inhibitoriai

Ši klasifikavimo grupių konkurencinių ir nekonkurencinių inhibitorių, veikiančių per trumpalaikį ir grįžtamąjį serino liekanos aktyviojoje vietoje, klasifikavimo tvarka, daugelis jų buvo susintetinti ir išgryninti iš augalų ar grybelių.

Karbamatai, tokie kaip fizostigminas ir neostigminas, yra grįžtami inhibitoriai, kurie atitinkamai naudojami kaip vaistai tokioms ligoms kaip glaukoma ir myasthenia gravis gydyti.

Kiti šios grupės terapiniai vaistai taip pat naudojami Alzheimerio, Parkinsono ligoms, pooperacinėms žarnyno obstrukcijai (pooperacinei žarnos nepraeinamumui), šlapimo pūslės išsiplėtimui ir kaip priešnuodžiai nuo anticholinerginės perdozavimo.

Butirilcholinesterazė

Įdomus natūralus kai kurių acetilcholinesterazę slopinančių medžiagų mechanizmas susijęs su mažiau specifišku fermentu, žinomu kaip butirilcholinesterazė.

Šis fermentas taip pat geba hidrolizuoti acetilcholiną ir tuo pat metu gali veikti kaip molekulinis jaudulys, kuris reaguoja su šiais toksinais, prieš tai, kai jie neigiamai veikia acetilcholinesterazę.

Acetilcholinesterazė ir Alzheimerio liga

Įrodyta, kad acetilcholinesterazė sudaro patologijai būdingus senatvinių plokštelių komponentus. Be to, kai kurie pakitę šio fermento glikozilinimo modeliai buvo susiję su amiloidinių plokštelių buvimu ir susidarymu smegenyse.

Todėl daugelis grįžtamųjų acetilcholinesterazės inhibitorių buvo naudojami kaip pirmosios kartos vaistai šiai ligai ir kitoms susijusioms neurodegeneracinėms būklėms gydyti. Tai apima donepezilą, rivastigminą ir galantaminą.

Nuorodos

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, & Sussman, JL (2010). Acetilcholinesterazė: Nuo 3D struktūros iki funkcijos. Chemico-Biological Interactions, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Acetilcholinesterazės inhibitoriai iš augalų ir grybelių. Natūralaus produkto ataskaitos, 23, 181–199.
3. „Krsti“, DZ, „Lazarevi“, TD, „Bond“, „AM“ ir „Vasi“, V. M. (2013). Acetilcholinesterazės inhibitoriai: farmakologija ir toksikologija. Dabartinė neurofarmakologija, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Acetilcholinesterazės inhibitoriai iš augalų. Fitomedicina, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Acetilcholinesterazė: fermento struktūra, reakcijos dinamika ir virtualios pereinamosios būsenos. Chem., Red., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., ir Govoni, S. (2004). Acetilcholinesterazės inhibitoriai: naujas senų molekulių aktyvumas. Farmakologiniai tyrimai, 50, 441-451.
7. Rosenberry, T. (1975). Acetilcholinesterazė. Pažangos enzimologijoje ir susijusiose molekulinės biologijos srityse, 43, 103–218.
8. Soreq, H., ir Seidman, S. (2001). Acetilcholinesterazė - nauji vaidmenys senam aktoriui. „Nature“ apžvalgos, 2, 294–302.
9. Talesa, VN (2001). Acetilcholinesterazė sergant Alzheimerio liga. Senėjimo ir vystymosi mechanizmai, 122, 1961–1969.